1. Состав и строение атмосферы. Единицы измерения концентраций компонентов в атмосферном воздухе 3
Общая масса атмосферы составляет 5,14·1015 т. Это примерно одна миллионная часть массы Земли. Состав атмосферы претерпевал серьезнейшие изменения в различные геологические эпохи. В настоящее время состав атмосферы находится в состоянии динамического равновесия, поддерживаемого в результате действия живых организмов, геохимических явлений и хозяйственной деятельности человека.
Таблица 1. Состав атмосферы вблизи земной поверхности
| Квазипостоянные компоненты | «Активные» примеси | ||
| компонент | Концентрация, % (об.) | компонент | Концентрация, % (об.) |
| N2 | 78,11 ± 0,004 | Н2О | 0–7 |
| О2 | 20,95 ± 0,001 | СО2 | 0,01–0,1 |
| Аr | 0,934 ± 0,001 | (в среднем 0,035) | |
| Nе | (18,18 ± 0,04) . 10–4 | О3 | 0–10–4 |
| Не | (5,24 ± 0,04) . 10–4 | (в среднем 3 . 10–5) | |
| Кr | (1,14 ± 0,01) . 10–4 | SО2 | 0-10-4 |
| Хе | (0,087 ± 0,01) . 10–4 | СН4 | 1,6 . 10– 4 |
| Н2 | 0,5 . 10–4 | NО2 | 2 . 10–6 |
Главными компонентами атмосферы (таблица 1) являются азот, кислород и аргон: на их долю в приземном слое приходится соответственно 78%,21% и 0,9% (об.). На долю всех остальных компонентов приходится менее 0,1% (об.), но роль их в общей динамике состояния атмосферы чрезвычайно велика. Объемные концентрации постоянно содержащихся в атмосфере (так называемых «квазипостоянных») компонентов (N2, О2, Аr, Не, Хе, Кr, Н2) остаются практически неизменными вплоть до высоты 100 км. Содержание других («активных») газов и аэрозолей существенно меняется в зависимости от сезона, географического положения и высоты над уровнем моря. Антропогенное влияние на состав атмосферы ограничено в основном изменениями концентрации «активных» газов и аэрозолей.
Для измерения содержания примесей в атмосфере помимо % (об.) часто используются другие единицы измерения концентрации газообразных компонентов в смеси. Для выражения объемной концентрации широкое распространение получили млн–1 и млрд–1 (в англоязычном варианте – ppm и ррb соответственно). Эти единицы измерения показывают количество объемов данной примеси в одном миллионе или миллиарде объемов газовой смеси.
Массовые концентрации примесей определяют массу соответствующей примеси в единице объема газовой смеси. Наиболее часто для выражения массовых концентраций «активных» примесей в газовой фазе используются такие единицы, как мг/м3 или мкг/м3.
Содержание примесей в воздухе измеряют и по количеству молекул соответствующих газов в кубическом сантиметре или кубическом метре воздуха – мол./см3 или мол./м3; часто слово «молекула» («мол.») опускается и дается упрощенная запись – см –3 или м –3.
Содержание газов и паров в воздухе может быть выражено и их парциальным давлением. В этом случае используются стандартные единицы измерения давления Па или кПа (в СИ). В литературе встречаются и устаревшие единицы измерения давления – атмосфера (атм), миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.), бар и торр.
По вертикали атмосфера имеет слоистое строение. Наиболее распространенное деление атмосферы на слои основано на изменении температуры с высотой. По мере удаления от поверхности Земли температура сначала снижается (тропосфера), затем практически не меняется (тропопауза), в дальнейшем начинает повышаться (стратосфера), на определенном участке опять остается практически неизменной (стратопауза), вновь начинает падать (мезосфера), проходит через слой с практически неизменными значениями (мезопауза) и далее увеличивается (термосфера). Представленные в таблице 2 и на рисунке 1 сведения характеризуют температурные границы соответствующих слоев для так называемой «стандартной атмосферы», в которой не принимаются во внимание участки с неизменной по высоте температурой. Безусловно, в реальных условиях границы соответствующих слоев не являются строго фиксированными и меняются в достаточно больших пределах, однако профили температур в слоях остаются неизменными. Использование понятия «стандартной атмосферы» облегчает задачу определения параметров атмосферы на заданной высоте и позволяет провести необходимые оценки.
Рис. 1. Строение атмосферы
Таблица 2. Характеристика изменения температуры в основных слоях, выделяемых в атмосфере
| Слой атмосферы | Температура, 0С | Температурный градиент,
°С/км |
Высота верхней и нижней границ слоя над уровнем моря, км | |
| нижняя граница
слоя |
верхняя
граница слоя |
|||
| Тропосфера | 15 | –56 | –6,45 | 0–11 |
| Стратосфера | –56 | –2 | +1,38 | 11–50 |
| Мезосфера | –2 | –92 | –2,56 | 50–85 |
| Термосфера | –92 | 1200 | +3,11 | 85–500 |
Очень часто отдельные слои атмосферы объединяют в две группы. При этом тропосферу и стратосферу относят к «нижним слоям атмосферы», а мезосферу и термосферу объединяют понятием «верхние слои атмосферы». Ионизованная часть верхних слоев атмосферы называется ионосферой. Верхние слои атмосферы по составу образующих их компонентов в значительной степени отличаются от нижних слоев. Нижние слои более плотные, в них сосредоточена основная масса атмосферы; известно, что около 50% общей массы атмосферы приходится на нижний слой толщиной всего 5 км, а масса слоя в 30 км составляет примерно 90% всей массы атмосферы.
Атмосфера Земли, как и атмосферы других планет, не находится в равновесном состоянии. Вследствие этого ее температура не постоянна, а изменяется по высоте.
Если в атмосфере имеется конечное число молекул, то они должны быть распределены по всему космическому пространству, т.е. атмосфера рассеяна [2].
16. Основные источники и пути поступления хлорфторуглеводородов и оксидов азота в тропосферу и стратосферу 7
…
31. Процессы, протекающие в атмосферном воздухе при окислении газов, образующихся при сгорании топлив 9
…
46. Причины изменения химического состава воды в реке по течению 10
…
Список использованной литературы 11
…